Immagini di un obiettivo di risoluzione dell'aeronautica statunitense, un test di risoluzione ottica microscopica, ripreso con (a sinistra) e senza (a destra) il metacorrettore. La larghezza di riga della prima riga nel gruppo 7 dell'obiettivo di risoluzione è di 3,91 micrometri. La barra della scala è di 25 micrometri. Credito:Capasso Lab/Harvard SEAS
I sistemi ottici di oggi, dalle fotocamere degli smartphone ai microscopi all'avanguardia, utilizzano una tecnologia che non è cambiata molto dalla metà del 1700. lenti composte, inventato intorno al 1730, correggere le aberrazioni cromatiche che fanno sì che le lenti focalizzino diverse lunghezze d'onda della luce in punti diversi. Pur essendo efficace, queste lenti multimateriale sono ingombranti, caro, e richiedono una lucidatura o stampaggio di precisione e un allineamento ottico molto accurato. Ora, un gruppo di ricercatori dell'Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) si chiede:non è ora di un aggiornamento?
I ricercatori SEAS hanno sviluppato un cosiddetto metacorrettore, una superficie monostrato di nanostrutture in grado di correggere le aberrazioni cromatiche attraverso lo spettro visibile e può essere incorporata in sistemi ottici commerciali, dai semplici obiettivi ai microscopi di fascia alta. Il metacorrettore ha eliminato le aberrazioni cromatiche in una lente commerciale attraverso l'intero spettro della luce visibile. Il dispositivo funziona anche per obiettivi super complessi con ben 14 obiettivi convenzionali, utilizzato nei microscopi ad alta risoluzione.
La ricerca è descritta in Nano lettere .
"La nostra tecnologia metacorrettore può funzionare in tandem con i tradizionali componenti ottici rifrattivi per migliorare le prestazioni riducendo significativamente la complessità e l'ingombro del sistema, per una vasta gamma di applicazioni ad alto volume" ha affermato Federico Capasso, il Robert L. Wallace Professor of Applied Physics e Vinton Hayes Senior Research Fellow in Electrical Engineering presso SEAS e autore senior del documento.
In precedenti ricerche, Capasso e il suo team hanno dimostrato che le metasuperfici, matrici di nanopilastri distanziati a meno di una lunghezza d'onda l'uno dall'altro, può essere usato per manipolare la fase, l'ampiezza e la polarizzazione della luce e consentono nuove, dispositivi ottici ultracompatti, comprese le lenti piatte. Questa ricerca utilizza gli stessi principi per sintonizzare e controllare l'indice di rifrazione effettivo di ciascun nanopilastro in modo che tutte le lunghezze d'onda siano portate dal metacorrettore allo stesso punto focale.
Immagine SEM del metacorrettore. L'indice di rifrazione di ciascun nanopilastro può essere sintonizzato e controllato in modo che tutte le lunghezze d'onda siano portate allo stesso punto focale. Credito:Harvard SEAS
"Puoi immaginare la luce come pacchetti diversi che vengono consegnati a velocità diverse mentre si propaga nei nanopilastri. Abbiamo progettato i nanopilastri in modo che tutti questi pacchetti arrivino al punto focale contemporaneamente e con la stessa larghezza temporale, " disse Wei Ting Chen, un Research Associate in Applied Physics presso SEAS e primo autore dell'articolo.
"L'uso dei metacorrettori è fondamentalmente diverso dai metodi convenzionali di correzione dell'aberrazione, come componenti ottici rifrattivi a cascata o utilizzando elementi diffrattivi, poiché coinvolge l'ingegneria delle nanostrutture, " ha detto Alexander Zhu, uno studente laureato presso SEAS e coautore dello studio. "Ciò significa che possiamo andare oltre i limiti materiali delle lenti e avere prestazioni molto migliori".
Prossimo, i ricercatori mirano ad aumentare l'efficienza dei dispositivi ottici di fascia alta e in miniatura.
L'Office of Technology Development di Harvard ha protetto la proprietà intellettuale relativa a questo progetto e sta esplorando opportunità di commercializzazione.
